三端双向可控硅（TRIAC）结构、工作原理、封装形式及应用特点

众所周知，像SCR这样的单向器件包括反向阻断电流的特性，因为它在反向偏置状态下阻止电流流动，并且对于多种应用，这种电流控制是必要的，例如在交流电路中，这可以通过SCR实现，其中两个SCR的连接应以反并联方式进行，以控制正输入半周期和负输入半周期。

但是，这种设置可以通过一种称为三端双向可控硅（TRIAC）的特殊半导体器件来改变，用于实现双向控制。该装置对交流电进行精确控制，经常用于控制电机转速、交流控制装置、交流电路、调光器、压力控制系统等。

什么是三端双向可控硅？

三端双向可控硅，或者交流三极管，它是一种广泛用于电源控制和开关应用的半导体器件。它在开关、相位控制、斩波器设计、灯的亮度控制、风扇、电机的速度控制等方面都有应用。电源控制系统旨在控制交流或直流的分配电平。这种电源控制系统可用于手动或在温度或光照水平超过预设水平时切换电器的电源。

三端双向可控硅相当于两个反向并联的SCR，其栅极连接在一起。因此，一旦触发栅极，它就充当双向开关以在两个方向上传递电流。它是一个三端设备，主端1（MT1）、主端2（MT2）和Gate。MT1和MT2端子用于连接相线和中性线，而门用于馈送触发脉冲，Gate可以由正电压或负电压触发。

当MT2端子相对于MT1端子获得正电压并且Gate获得正触发时，TRIAC的左侧SCR触发并且电路完成。但是，如果MT2和MT1端子电压极性相反，并且向栅极施加负脉冲，则三端双向可控硅开关的右侧SCR导通。当栅极电流被移除时，TRIAC关闭。因此，必须在栅极处保持最小保持电流以保持TRIAC导通。

基本结构

三端双向可控硅的结构如下图所示，它包括四层和六个掺杂区。其栅极端子的设计可以通过使用两个区域即P区和N区的欧姆接触来完成，以便该器件可以通过两种极性激活。尽管它是一个双向设备，但它的电流和电压可以用MT1指定。

在SCR的情况下，TRIAC的端子可以用MT1和MT2表示，就像阳极和阴极一样，栅极端子可以用“G”表示，就像晶闸管一样。栅极端子“G”通过金属触点连接到P2和N4区域，并且靠近MT1端子。

MT1可以连接到P2和N2的区域，而MT2可以连接到P1和N3的区域。因此，像MT1和MT2这样的两个端子连接到设备的P和N两个区域。因此，这两个端子之间的电流可以通过器件中的层来决定。

与正向偏置连接的TRIAC的MT1相比，MT2通过栅极打开连接到正极。因此，TRIAC在正向阻断模式下工作，直到TRIAC两端的电压低于正向断开过电压。同样，当TRIAC通过栅极打开相对于MT1端子反向偏置时，MT2端子变为负，则该器件工作在反向阻断模式。通过栅极端子上的+ve或-ve电压可以使TRIAC导通。

操作过程

当TRIAC中的外加电压等于击穿电压时，TRIAC将进入导通状态。然而，打开TRIAC的最常用方法是提供正栅极信号或负栅极信号。

如果栅极端子处的电流较高，则需要较少的电压来打开TRIAC，并且它能够通过两个极性向栅极信号打开。TRIAC的工作有以下四种模式，分别如下：

• 通过相对于MT1端子的正极性，MT2端子相对于MT1端子为+ve。
• 通过相对于MT1的负栅极极性，MT2端子相对于MT1端子为+ve。
• 通过相对于MT1端子的负栅极极性，MT2端子相对于MT1端子为负。
• MT2 端子相对于 MT1 端子为负，通过相对于 MT1 端子的正栅极极性。

模式1

在此模式下，一旦MT2端子相对于MT1端子为+ve，则电流将沿P1-N1-P2-N2的方向流动。在整个过程中，P1-N1和P2-N2等层之间的结以正向偏置连接，而 N1-P2之间的结以反向偏置连接。一旦将+ve信号提供给栅极端子，P2-N2之间的结就会以正向偏置连接并发生击穿。

模式 2

一旦MT2端子为+ve且栅极信号为-ve，则电流的流动将类似于P1-N1-P2-N2的第一种模式，但此处P2-N2之间的结可以是以正向偏置连接，电流载流子被添加到P2层。

模式 3

一旦MT2端子为+ve和-ve信号，可以向栅极端子提供，然后电流将沿P2-N1-P2-N2的方向流动。在整个过程中，P2-N1和P1-N4等两层之间的结以正向偏置连接，而N1-P1层之间的结以反向偏置连接。因此，该TRIAC将在负偏置区域内运行。

模式 4

一旦MT2端子为-ve且栅极端子通过正信号激活，则P2-N2之间的结以正向偏置连接并添加电流载流子，因此TRIAC接通。通常情况下，TRIAC不能在这种模式下工作，因为它不应该用于高di/dt电路。

注意：使用模式2和3触发TRIAC的灵敏度很高。在激活能力较小的情况下可以使用负栅极信号。与其他模式（如2和3）相比，模式1的激活较为敏感，但它使用 +ve门信号进行激活。最常用的模式是2和3。

工作原理

下图显示了一个简单的TRIAC应用电路。通常，TRIAC具有三个端子M1、M2和栅极。TRIAC、灯负载和电源电压串联。当电源在正周期打开时，电流流过灯、电阻器和双向触发二极管DIAC（如果在光耦合器的引脚1处提供触发脉冲，导致引脚4和6开始导通）栅极并到达电源，然后只有灯为此发光半周期直接通过TRIAC的M2和M1端子。

TRIAC波形图如下所示：

在负半周期，同样的事情会重复。因此，灯以受控方式在两个周期中发光，具体取决于光隔离器处的触发脉冲，如下图所示。如果将其提供给电机而不是灯，则控制功率，从而控制速度。

TRIAC触发模式

通常情况下，TRIAC中可能有4种触发模式：

（TRIAC符号图）

1. MT2处的正电压和栅极处的正脉冲
2. MT2处的正电压和栅极处的负脉冲
3. MT2处的负电压和栅极处的正脉冲
4. MT2处的负电压和栅极处的负脉冲

TRIAC封装形式

为了使用的方便和不同的应用，TRIAC被设计成不同的封装，如针/标准型、胶囊/盘型和螺柱型。

Pin/标准型

这种TRIAC看起来像一个微型集成电路，通过MT1、MT2和Gate等三个端子，以及顶部的散热片。这些TRIAC主要用于家用电器。标准型可控硅常用封装有TMA36S-L、TMA54S-L、TMA124S-L、TMA84S-L、TMA126S-L、TMA106S-L、TMA206S-L等。

胶囊/圆盘型

胶囊型或圆盘型TRIAC将通过向端子延伸的导线呈圆盘形状。这些类型的TRIAC具有高电流容量并通过陶瓷密封设计。

该类型的应用包括电机的快速控制以及交流开关。常见的胶囊型封装有KS200A、KS100A、KS500A、KS300A、KS600A、KS1000A，还有KS800A。

螺柱类型

螺柱型TRIAC主要用于大功率应用，因为它们包括一个螺纹底部，可以像主端子一样工作，并且在其顶部包括两个端子，这是另一个主要端子和栅极端子。

这些主要用于相位控制应用，如照明电路、转换器、RPS、电路的速度控制和温度等。螺柱型TRIAC的封装包括TO-93、TO-118、TO-94、TO-48、TO -48、RSD7和TO-65。

性能影响因素

与SCR不同，TRIAC需要适当的优化才能正常运行。并且TRIAC具有固有的缺点，如速率效应、反向间隙效应等。因此，设计基于双向可控硅的电路需要适当注意。

速率效应严重影响TRIAC的工作

TRIAC的MT1和MT2端子之间存在内部电容。如果向MT1端子提供急剧增加的电压，则会导致栅极电压击穿，这会不必要地触发三端双向可控硅开关，这种现象称为速率效应。速率效应通常是由于电源中的瞬态以及当重感性负载开启时的高浪涌电流而发生的，这可以通过在MT1和MT2终端之间连接一个RC网络来减少。

间隙效应在灯调光器电路中的影响

间隙效应是在使用电位计控制栅极电流的灯控制或速度控制电路中产生的严重控制滞后。当电位计的电阻增加到最大值时，灯的亮度降低到最小值。当锅反转时，直到锅的电阻降到最小值，灯才会亮起。

其原因是双向可控硅中的电容器放电。灯调光器电路使用Diac向栅极提供触发脉冲。因此，当双向可控硅内部的电容器通过双向可控硅放电时，就会产生反冲效应。这可以通过使用与双向可控硅串联的电阻器或通过在栅极和双向可控硅的MT1端子之间添加一个电容器来进行整流。

RFI射频干扰对TRIAC的影响

RFI射频干扰严重影响双向可控硅的功能，当三端双向可控硅开关接通负载时，负载电流从零急剧增加到一个高值，具体取决于负载的电源电压和电阻。这导致产生RFI脉冲。RFI的强度与连接负载和双向可控硅的导线成正比，LC-RFI抑制器将纠正此缺陷。

VI特性

TRIAC的VI特性与SCR有关，但它适用于TRIAC的正电压和负电压，其操作可以在下面讨论的四个象限中进行讨论。

• 在第一象限中，MT2端的电压与MT1端相比为正，栅极端的电压也比第一端为正。
• 在第二象限中，第二端的电压（如MT2）比MT1为正，栅极端的电压比端1的电压（如MT1）为负。
• 在第三象限中，端子1（如 MT1）处的电压比端子2（如 MT2）处的电压为正，并且栅极端子处的电压为负。
• 在第四象限中，像MT2这样的端子2处的电压比端子1MT1处的电压为负，而栅极端子处的电压为正。

TRIAC是单向的还是双向的？

TRIAC是一种单向器件，因为它可以切换AC信号的两半。通过将晶闸管背靠背放置，可以分析三端双向可控硅开关的运行情况。晶闸管符号表示三端双向可控硅开关的工作方式。从外部看，晶闸管似乎是背靠背连接的。

TRIAC开关是交流开关应用的理想器件，因为它可以调节交流串联的两个二等分上的电流。晶闸管简单地控制它们超过一系列的一半。在剩下的一半中，没有传导发生。因此，可以利用信号的一半。

BT136双向可控硅

BT136是TRIAC系列，电流速率为6AMPs。上面已经看到了使用BT136的TRIAC应用。

BT136的特点

• 从低功率驱动器和逻辑IC直接触发
• 高阻断电压能力
• 低电流负载的低保持电流和换向时最低的EMI
• 平面钝化以提高电压稳定性和可靠性
• 敏感Gate
• 在所有四个象限中触发

BT136的应用

• 在电机控制中普遍有用
• 通用开关

BT139双向可控硅

BT139 也属于TRIAC 系列，其电流速率为9AMP。BT139和BT136之间的主要区别在于电流速率。另外，BT139 TRIACS用于高功率应用。

BT139的特点包括以下几点内容：

• 从低功耗驱动器和逻辑ICS直接触发
• 高阻断电压能力
• 平面钝化以提高电压稳定性和可靠性
• 敏感Gate
• 在所有四个象限中触发

BT139的应用包括以下内容:

• 电机控制
• 工业和家庭照明
• 加热和静态切换

SCR和TRIAC的区别

晶闸管SCR和三端双向可控硅TRIAC之间的区别包括以下内容。

主要优缺点

TRIAC的优点包括以下几点内容：

• 它使用尺寸稍大或稍大的散热器，而对于SCR，必须使用两个小尺寸的散热器。
• 任何方向的安全击穿都是可能的，但是必须通过并联二极管提供SCR保护。
• 在直流应用中，SCR需要通过并联二极管连接以防止反向电压，而 TRIAC可以在不使用二极管的情况下工作，因为可以实现任何方向的安全击穿。
• 一旦电压降至零，TRIAC将关闭。
• 可以通过栅极信号的正极性或负极性来激活。
• 它可以用一个保险丝保护。

TRIAC的缺点包括以下几点内容：

• 与SCR相比，这些都不太可靠。
• 将在任何方向激活，因此在打开电路时必须小心。
• 切换延迟高
• dv/dt的额定值极小于SCR。
• 与可控硅整流器相比，TRIAC的额定值更少。
• 不适用于直流应用。

主要应用

TRIAC用于多种应用，例如调光器、电风扇和其他电动机的速度控制，以及许多家用小型和大型电器的现代计算机控制电路。它们可用于交流和直流电路，但最初的设计是为了取代交流电路中两个SCR的使用。目前有两个系列的TRIAC，主要用于开关目的，它们是BT136和BT139。

总结

以上是关于三端双向可控硅（也被称为交流三极管）的结构、工作原理、封装、与SCR的区别、优缺点和应用等相关内容介绍，希望对大家有所帮助。

简单来说，三端双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是比较理想的交流开关器件。其英文名称是TRIAC，即三端双向交流开关之意。